外行学空分(15)一一三个根流程！

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5 _% c! J( c% a% d    沸点在环境温度以上的二元物系的精馏过程，可以非常方便地采用标准常规精馏技术实现二元物系的完全精馏分离，也可以采用双效精馏及多效精馏技术降低蒸汽冷却水消耗（注意这里不讲能耗而用蒸汽耗，冷却水耗是有深意的）。同时也可以采用单热泵及多热泵技术对精馏过程进行进一步改进甚至可以实现完全自热精馏过程。其中标准常规精馏是单级精馏塔，双效精馏及多效精馏是两个及多个压力不同的精馏塔，而单热泵及多热泵精馏又回归单级精馏塔。要把热泵技术和精馏技术结合起来，可以选择精馏原料，精馏中间产物及低沸点组分作为热泵循环工质，用开式热泵的形式，可以有多种多样的热泵精馏工艺方案，可以选取精馏原料气体，中间产物气体及低沸点精馏产品气体作为循环工质，开式热泵高压高温换热器（下面统一称为冷凝器，一般情况下为了区别在前面加上循环工质的名称例如氮氩冷凝器）可以设置在精馏塔从塔底至塔顶的任何位置(一般情况下，热泵冷凝器即高温高压换热器设置在精馏塔底部是最方便的，而在精馏塔中部设置热泵冷凝器则存在一定的困难，但这种困难是可以解决的)，但是这种热泵精馏工艺方案一般并不是完全自热精馏流程，只是采用热泵技术对标准常规精馏流程进行改进，其作用与双效精馏及效精馏类似，其实双效及多效精馏可以看做从常规精馏向热泵精馏转变的一个中间状态，如果可以采用单热泵及多热泵技术，则双效精馏及多效精馏完全不能与单热泵及多热泵精馏相竞争，如果无法采用单热泵及多热泵技术当然只好采用双效及多效精馏，只能接受精馏流程复杂化和工程造价的升高，而限制单热泵及多热泵技术运用的主要困难在热泵循环工质压缩机，沸点在环境温度以上的二元物系的精馏过程，之所以不采用完全自热精馏流程(即完全开式热泵精馏流程)主要原因在于保留蒸汽再沸器和冷却水冷凝器有利于精馏的启动及热量平衡。同时可以大幅度降低了精馏能耗，但仍需要消耗一定数量蒸汽(热源)和冷却水(冷源)。
) u! N# s' X& z# Q+ d   沸点在环境温度以下的二元物系的精馏过程既无法采用标准常规精馏和双效精馏及多效精馏技术组织精馏，原则上只能采用开式热泵精馏流程即完全自热精馏流程（理论上也可以采用以精馏原料和低沸点精馏产品为循环工质的闭式热泵精馏），这其实也是深冷空分成为第一个实现工业化生产开式热泵精馏流程的根本原因。因为除此之外，没有别的选择。
3 T/ V+ r; h* h. G- A) s   如果采用精馏原料及精馏低沸点产品气体作为热泵的循环工质单热泵实现完全自热精馏，那么其基本流程（基本工艺方案）只有有数的几个！
; d9 a7 J+ O0 d/ S    以精馏原料为循环工质的完全自热热泵精馏流程共有单塔流程两个，双塔流程一个(实际上是一拖二热泵精馏流程)至于流程的具体情况，就不可多说了，可以参阅深冷空分教科书中深冷空分流程部分，只需要将氧改为高沸点组分，氮改为低沸点组分，空气改为精馏原料气即可。一般来说我们把两个分别制取高低沸点组分的单塔流程作为一个流程看待，两者分别是冷凝工艺方案和蒸馏工艺方案，都是不完整的精馏工艺方案。这样就有以精馏原料为循环工质的两个完全自热开式热泵供冷供热氧氮精馏流程了。
. T7 [5 d: c2 k# l4 p; C  f) o  除了以上两个以精馏原料为循环工质的完全自热开式热泵供冷供热精馏流程外，还有一个以低沸点组分为循环工质的完全自热热泵供冷供热精馏流程，这个流程简单描述如下，精馏原料气压缩纯化后由单级精馏塔中部输入，返流低沸点组分一部分作为低沸点组分产品，一部分加压换热后进入设置在精馏塔底部的再沸器(冷凝器)与精馏塔内的高沸点组分的液体换热且自身液化，液化后的低沸点组分的液体经减压后进入塔顶作为回流液，从精馏塔底部引出高沸点组分气体在主换热器换热复热至常温后作为高沸点组分产品。毫无疑问这个流程完全可以实现高低沸点组分的完全分离。这个流程就精馏过程而言和组分沸点在环境温度以上的二元物系标准的常规精馏完全一致！只是以开式热泵替代了蒸汽再沸器及冷却水冷凝器而己。是标准开式热泵精馏工艺方案！
' E# b$ D# k+ Z$ z' z% T# g' m! f   以精馏原料为循环工质的单塔双塔两个流程加上以低沸点组分为循环工质的一个单塔流程合称组分沸点远低于环境温度的二元物系的完全自热热泵精馏的三个根流程！这三个根流程都是基础流程，在基础核心流程上仍然可以采用单热泵及多热泵技术对其进行改进和优化形成丰富多彩的工艺方案。其实所谓的双塔流程就上塔而言是一个双热泵精馏工艺方案，只不过它是通过一拖二热泵实现双热泵工艺方案的，所以它仍然是一个基础核心流程。而所谓的新单塔流程实际上就是标准常规开式热泵供冷供热精馏流程，除了以低沸点组分为循环工质的开式热泵代替标准常规精馏过程中的蒸汽再沸器供热和冷却水冷凝器供冷外，其精馏过程和标准常规精馏过程完全一致，是三个根流程中的根流程！

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这个二元物系的开式热泵精馏三个根流程非常重要，因为空气也是一个近似的二元物系。深冷空分流程比较都是把空气作为二元物系进行对待的，只有在提氩时才将空气作为氧氮氩三元物系对待。比较开式热泵精馏三个根流程和深冷空分教科书的相关内容，就会发现深冷空分教科书遗漏了一个可以实现氧氮完全分离的根流程，只有将这个流程(即新单塔专利流程)和双塔流程进行比较才是有意义的。而教科书中将同是以空气为循环工质的古典单塔流程和双塔流程进行比较是没有意义的。

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   单热泵实现精馏过程称之为流程，双热泵及多热泵实现精馏过程称之为工艺方案。流程强调的是如何实现，工艺方案强调的是能耗，当然两者经常混合使用。

Yb2021

  三个根流程是理解完全自热精馏流程的关健，三个根流程的优劣在于那一个根流程有更大的节能改进潜力。